第3单元 第11讲 光合作用的结构基础和过程（教师word）-【金版新学案】2025年高考生物学高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

第11讲　光合作用的结构基础和过程 【课标解读】　1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。　2.实验：绿叶中色素的提取和分离。 考点一　绿叶中色素的提取和分离 1．绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 (2)实验步骤 (3)实验结果及分析 2．叶绿体中色素的吸收光谱分析 由图可以看出： 3．叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构模式图 (2)叶绿体的功能 教材拾遗 1．(必修1 P97“问题探讨”)温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？ 提示：最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，更有利于植物进行光合作用。 学生用书↓第78页 2．(必修1 P101“拓展应用”)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？ 提示：这与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。　　 【链接高考】 1．(2021·河北卷)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(　√　) 2．(2020·山东卷)探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。(　√　) 3．(经典高考)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(　×　) 4．(2023·全国甲卷)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是____________________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布________________________上，其中类胡萝卜素主要吸收________(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。 提示：差速离心　类囊体(薄)膜　蓝紫光 5．(2023·海南卷)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是____________；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第________条。 提示：叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)　一和二 1．下图是提取和分离绿叶中色素的实验步骤，请分析： (1)提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，若A是二氧化硅，B、C分别是什么？A、B、C各起什么作用？ 提示：A是二氧化硅，作用是使研磨更充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏；C是无水乙醇，作用是溶解色素。 (2)制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？画滤液细线有什么要求？ 提示：剪去两角的作用是防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。 (3)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？ 提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 2．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 预期结果：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带　甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带 考向一　从科学探究角度，考查叶绿体中色素的提取和分离 1．为了测定叶片叶绿体中色素含量，某中学兴趣小组利用两种方法分别提取菠菜叶片的叶绿体色素，并测定含量，实验过程如图。下列相关叙述错误的是(　　) A．方法①中的“？”代表的是SiO2，加入该成分以便研磨更充分 B．方法①②中加入CaCO3的作用是保护色素，提高色素的提取量 C．方法②中沸水浴可破坏膜结构，使色素充分释放 D．方法②延长沸水浴时间，色素提取更充分 答案：D 解析：方法①中的“？”代表的是SiO2，它能破坏细胞结构，加入该成分以便研磨更充分，A正确；方法①②中加入CaCO3的作用是保护色素在研磨时不被破坏，提高色素的提取量，B正确；方法②中沸水浴可破坏膜上蛋白质结构，进而破坏膜结构，使色素充分释放，C正确；方法②延长沸水浴时间，叶绿体中的色素被分解，色素提取量变少，D错误。 学生用书↓第79页 2. (2023·广东二模)以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是(　　) A．是正确操作后得到的理想结果 B．可能研磨时未加入CaCO3导致 C．可能研磨时未加入SiO2导致 D．可能提取时加入过量的无水乙醇 答案：B 解析：图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，绿叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被分解，也可能取的是发黄的叶片，A错误，B正确；研磨时未加入SiO2导致研磨不充分，各种色素含量均下降，但叶绿素含量应始终高于类胡萝卜素，C错误；提取时加入过量的无水乙醇使色素浓度下降，但叶绿素浓度应始终高于类胡萝卜素，D错误。 归纳总结 绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析 考向二　从科学思维角度，考查捕获光能的色素和结构 3．(2024·福建宁德模拟)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，错误的是(　　) A．在提取绿叶中的色素时，加入CaCO3可以保护②③不被破坏 B．色素①可以吸收少量紫外光进行光合作用 C．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端 D．弱光下②的相对含量升高有利于植物对弱光的利用 答案：B 解析：在提取绿叶中的色素时，加入CaCO3可以保护叶绿素不被破坏，即可保护②③，A正确；紫外光属于不可见光，光合色素不能吸收利用，B错误；利用纸层析法分离色素时，从上至下色素分布依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此②叶绿素b应位于滤纸条的最下端，C正确；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，即②叶绿素b相对量升高，所以弱光下②叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。 4．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是(　　) A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B．图乙来自甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子 C．④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 答案：D 解析：图甲表示叶绿体结构模式图，叶绿体中，叶绿体基粒由类囊体堆叠形成，增大了膜面积，A错误；图乙中含有光合色素，来自图甲中的③结构，上面除了色素分子外，也有与光合作用有关的酶，B错误；图甲中，④为叶绿体基质，光合作用过程中CO2的固定在叶绿体基质中完成，该过程不需要消耗ATP中的能量，C错误；恩格尔曼利用需氧细菌和水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，D正确。 学生用书↓第80页 考点二　光合作用的过程 1．探索光合作用原理的部分实验 2．光合作用过程 (1)光合作用的概念及反应式 概念 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程 反应式 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 (2)光合作用的基本过程 Ⅰ.图中序号代表的物质：①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。 Ⅱ.比较光反应与暗反应 (3)光合作用和化能合成作用的比较 教材拾遗 1．(必修1 P103“相关信息”)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子，电子经传递，可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH。 2．(必修1 P104“相关信息”)C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸(RuBP)。 3．(必修1 P104“相关信息”)光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 学生用书↓第81页 【链接高考】 1．(2020·天津卷)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(　×　) 2．(经典高考)蓝细菌没有叶绿体也能进行光合作用。(　√　) 3．(经典高考)高等植物光合作用中光反应只发生在生物膜上。(　√　) 4．(经典高考)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中。(　√　) 5．(经典高考)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量。(　×　) 6．(2021·山东卷)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(　×　) 1．光合作用反应式及元素去向分析 H：,3H2O,NADP3H,(C3H2O) C：,14CO2,14C3,(14CH2O) O： 2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (1)“过程法”分析各物质变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： (2)“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 考向一　结合光合作用的探究历程，考查科学探究 1．植物学家希尔发现：离体的叶绿体中加入“氢接受者”，如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照条件下依然能释放氧气，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。为了验证该过程，研究者在密闭条件下进行如下表的实验。下列实验分析不合理的是(　　) 溶液种类 A试管 B试管 C试管 D试管 叶绿体悬浮液 1 mL — 1 mL — DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mol/L蔗糖溶液 4 mL 5 mL 4 mL 5 mL 光照条件 光照 光照 黑暗 黑暗 上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色 注：“—”表示未加入。 A．实验结束后A组试管中叶绿体有(CH2O)的产生 B．使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是避免叶绿体吸水涨破 C．A与C的比较可以说明光照是氢产生的条件 D．设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色 答案：A 解析：据表分析，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2，无还原性NADPH还原C3，实验结束后A组试管中叶绿体无(CH2O)的产生，A错误；叶绿体是具膜细胞器，使用蔗糖溶液而不使用蒸馏水的原因是避免叶绿体吸水涨破，B正确；A(有光照)与C(无光照)比较(其他条件均相同)可以说明光照是氢产生的条件，C正确；设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色，D正确。 2．(2024·襄城区模拟)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论(如下表)，下列推论不合理的是(　　) 学生用书↓第82页 资料 推论 将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90%的放射性物质是一种C3 ① 经过5 s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖 ② 在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态，含有放射性的糖类不断增加 ③ 当停止光照时，C3明显增加，C5明显下降 ④ A. 推论①：C3是CO2被还原的第一个产物 B．推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖 C．推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物 D．推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物 答案：A 解析：根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知，C3是CO2被固定的第一个产物，A符合题意；结合①②可知，C3进一步反应生成C5和葡萄糖，B不符合题意；根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知，C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物，C不符合题意；根据光照停止时，C3明显增加，C5明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，且C3转化为C5需要依赖光反应的产物，D不符合题意。 考向二　围绕光合作用的过程，考查科学思维能力 3．(2023·白云区月考)如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程。以下说法错误的是(　　) A．ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成 B．图中电子传递的过程，最初提供电子的物质为水，最终接受电子的物质为NADP＋ C．类囊体两侧H＋浓度差的建立仅由PQ主动运输H＋进入类囊体腔而形成的 D．光反应产生的氧气可用于细胞的有氧呼吸，且在线粒体内膜消耗 答案：C 解析：ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，利用类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，类囊体膜上的ATP合成酶催化合成了ATP，A正确。根据图中所示，水光解后产生氧气、H＋和电子，故最初提供电子的物质为水；水光解后电子将NADP＋还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP＋，B正确。图中水光解产生H＋，使类囊体腔内H＋浓度升高，H＋顺浓度梯度运输到类囊体腔外，而H＋在类囊体薄膜上与NADP＋结合形成NADPH使类囊体腔外的H＋浓度降低，同时还可以通过PQ主动运输运回到类囊体腔内，这样就保持了类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，C错误。光反应产生的氧气可用于细胞的有氧呼吸，有氧呼吸的第三阶段消耗氧气，场所是线粒体内膜，D正确。 4．(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B．Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 答案：C 解析：据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 考向三　不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析 5．(2023·麒麟区期末)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是(　　) A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增加 C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 答案：B 解析：突然中断CO2供应，使暗反应中二氧化碳固定减少，而三碳化合物还原仍在进行，因此导致C3减少，C5增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5与C3比值增加，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增加，B正确；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3与C5比值增大，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增加，D错误。 6．如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是(　　) 学生用书↓第83页 A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度 C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累 D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低 答案：D 解析：根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不消耗ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。 链接新情境命题11 人工合成淀粉 我国科学家模拟和借鉴了植物的光合作用过程，从动物、植物、微生物等31个物种中选择合适的酶，在无细胞系统中构建了一条人工淀粉合成途径(ASAP)，该途径首先通过光伏发电将光能转变为电能，光伏电解水产生氢气，然后通过催化剂利用氢气将二氧化碳还原成甲醇，最终合成淀粉，相关过程如图所示： 简单来说，首先将二氧化碳还原成甲醇(C1)，然后将甲醇转化为三碳化合物(C3)，再转化为六碳化合物(C6)，最后聚合成淀粉。ASAP途径合成的淀粉与天然淀粉在结构上是基本一致的。初步测试显示，人工合成淀粉的效率约为传统农业生产淀粉的8.5倍。在充足能量供给的条件下，按照目前的技术参数，理论上1立方米大小的生物反应器的淀粉年产量相当于中国五亩玉米田的淀粉年产量。这条路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能，也为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。 角度一　运用基础知识解答迁移问题 (1)人工合成淀粉的系统通过光伏发电技术实现光能的捕获，那么绿色植物是通过________________________(相关结构)上光合色素捕获光能。若CO2供应不足，则短时间内，叶肉细胞中C5的含量将________(填“增加”、“减少”或“不变”)。 提示：叶绿体类囊体薄膜　增加 (2)图中模块二模拟的是绿色植物光合作用的________过程，暗反应为光反应提供的物质条件有________________。 提示：暗反应　NADP＋、ADP、Pi 角度二　运用信息知识，解决社会问题 (3)假设在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成过程中糖类的积累量________(填“高于”、“低于”或“等于”)植物，其原因可能是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：高于　与人工合成糖类的过程相比，植物进行呼吸作用会消耗一部分糖类 (4)实验室人工合成淀粉技术的成功是一项重大突破，若该技术未来能够大面积推广应用，你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题？ 提示： 能节约大量的耕地和淡水资源；减少因农药、化肥的使用带来的环境污染；缓解粮食短缺；缓解温室效应等。 重温高考　典题演练 1．(2023·江苏卷)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(　　) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 答案：B 解析：用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素分子被破坏，A错误；若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但也会使滤液细线变粗，易出现色素带重叠，B正确；在该实验中可以根据色素带的宽度来定性描述色素的含量，但并不能准确的测定色素的含量，C错误；花青素为水溶色素不溶于无水乙醇，用红色苋菜叶进行实验不可以得到5条色素带，D错误。 2．(2023·全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是(　　) 学生用书↓第84页 A．N元素和Mg元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢 答案：D 解析：叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，所以N元素和Mg元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体薄膜，需要光合色素吸收光能，所以叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。 3．(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(　　) A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 答案：D 解析：由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体的基质中，A错误；光反应产物充足的条件下，暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误；CO2固定过程即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。 4．(2021·重庆卷)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH　 C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节 答案：A 解析：分析图示可知，水光解产生的O2在类囊体腔内，叶绿体和线粒体均有双层膜，因此水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，提供给暗反应，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。 课时测评11　光合作用的结构基础和过程 (时间：40分钟，满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、选择题(每小题2分，共24分) 1．(2024·毕节市模拟)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是(　　) A．制备滤纸条时，须在滤纸条的两端各画一条细的横线 B．滤纸条插入层析液时，滤液细线须高于层析液的液面 C．层析分离色素时，滤纸条须润湿后紧贴在试管内壁 D．色素带的宽度反映了色素在层析液中溶解度的大小 答案：B 解析：制备滤纸条时，将一张预先干燥过的定性滤纸剪成长10 cm、宽1 cm的纸条，在距滤纸条一端1 cm处用铅笔画一条细的横线，A错误；滤纸条插入层析液时，滤液细线须高于层析液液面，防止色素溶于层析液中，B正确；层析分离色素时，要保证滤纸条上面部分干燥，且滤纸条不能紧贴试管壁，C错误；色素带的宽窄与色素含量相关，D错误。 2．(2024·南关区校级模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是(　　) A．色素1在层析液中的溶解度最大 B．色素1、2、3、4难溶于蒸馏水 C．色素5可能存在于植物的液泡中 D．缺Mg会影响色素1和2的含量 答案：D 解析：根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A正确。根据在蒸馏水中的层析结果说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水，因此在滤纸上不进行扩散，B正确。根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，C正确。1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度，推测是光合色素，因此它们依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b；镁只参与构成叶绿素，故缺Mg会影响色素3和4的含量，D错误。 3．(2023·广东深圳二模)某研究小组用四种不同的方法对欧李叶片中的光合色素进行提取，实验结果如图所示。下列分析错误的是(　　) A．研磨法提取时使用碳酸钙可以防止色素被破坏 B．不同提取剂的提取效果会受到提取方法的影响 C．丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的效果最佳 D．四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏 答案：C 解析：碳酸钙可以中和有机酸，防止色素被破坏，A正确；不同提取剂对于光合色素的提取量不同，所以提取效果会受到提取方法的影响，B正确；根据图表可知丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的量在干样浸提法中较少，所以其效果不算最佳，C错误；色素位于细胞内，想提取色素必须破坏细胞膜结构，所以四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏，D正确。 4．(2023·当涂县校级开学检测)研究表明：绿色植物在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，植物的光合作用下降，原因是(　　) A．光反应强度升高，暗反应强度降低 B．光反应强度降低，暗反应强度不变 C．光反应强度不变，暗反应强度降低 D．光反应强度降低，暗反应强度降低 答案：D 解析：镁是合成叶绿素的必需元素，绿色植物在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，叶肉细胞内叶绿素含量较低，光反应强度降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，暗反应强度也随之降低，导致叶片光合作用强度下降。综上所述，D正确，A、B、C错误。 5．(2023·广州一模)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)途径：高效地将CO2转化为羟基乙酸，并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是(　　) A．人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂，还参与相关代谢 B．为了使人造叶绿体能持续地运作，需要源源不断地输入光能 C．图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料 D．若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响 答案：C 解析：人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂，另外水还可参与光合作用光反应阶段中水的光解，A正确；人造叶绿体能利用光能通过CETCH循环将CO2转化为羟基乙酸，为了使CETCH循环能持续运作，需要源源不断地输入光能，B正确；通过叶绿体的类囊体膜，能将NADP＋、ADP和Pi转化为NADPH、ATP，CETCH循环需要NADPH、ATP、二氧化碳等作为直接原料，相当于光合作用暗反应阶段，C错误；CETCH循环能将CO2转化为羟基乙酸，在一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。 6．(2023·安徽宣城月考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列叙述错误的是(　　) A．该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2 B．模块3中的甲为五碳化合物，乙为三碳化合物 C．在与植物光合作用固定的CO2 量相等的情况下，该系统糖类的积累量与植物的相等 D．若气泵停转较长时间，模块2中的能量转换效率也会发生改变 答案：C 解析：由图可知，模块1吸收光能，模块2进行水的电解相当于光反应过程，故该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2，A正确；由分析可知，模块3中的甲是C5，乙是C3，B正确；在与植物的光合作用固定的CO2 量相等的情况下，该系统糖类的积累量应大于植物的，因为植物进行呼吸作用消耗糖类，C错误；若气泵停转较长时间，则暗反应进行受阻，进而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变，D正确。 7．(2024·广东深圳模拟)植物进行光合作用时，CO2与C5结合后被RuBP酸化酶(Rubisco)催化生成1分子不稳定的C6化合物，并立即分解为2分子C3化合物。Rubisco在催化反应前必须被激活，CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2＋结合而被活化，光照时叶绿体基质中的H＋和Mg2＋浓度升高也可提升Rubisco的活性。下列分析正确的是(　　) A．CO2既是Rubisco的底物，又是活性调节物，低浓度CO2可使C5含量减少 B．增强光照时，叶绿体基质中Rubisco对C5的亲和力增强，C3合成速率加快 C．激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程需光反应提供ATP和NADPH D．对正常进行光合作用的植物停止光照后，C3的消耗速率将会降低，生成速率将增加 答案：B 解析：CO2与C5结合后能被RuBP羧化酶催化，而且CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2＋结合而被活化，故CO2既是Rubisco的底物，又是活性调节物。低浓度CO2会使二氧化碳固定速率减慢，消耗的C5减少，而C3还原生成C5的速率不变，故C5含量会增多，A错误；增强光照时，叶绿体基质中的H＋和Mg2＋浓度升高使Rubisco的活性增强，进而对CO2与C5结合后的催化效率更高，生成C6化合物更快，C3合成速率加快，B正确；激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程不需光反应提供ATP和NADPH，NADPH、ATP用于暗反应阶段的C3的还原过程，C错误；对正常进行光合作用的植物停止光照后，光反应停止，无NADPH、ATP生成，暗反应速率降低，C3的消耗速率将会降低，生成速率不变，D错误。 8．下列有关叶绿体中色素的提取和分离的叙述，正确的是(　　) A．若滤纸条上无色素带，可能选择的是秋冬的叶片 B．实验加二氧化硅，有利于防止色素被破坏 C．若滤液细线过粗，则滤纸条上色素带可能重叠 D．若将滤液置于自然光源和三棱镜之间，只有红光和蓝紫光区域变暗 答案：C 解析：秋冬的叶片含有类胡萝卜素，因此提取和分离后在滤纸条上仍然有色素带，A错误；加入二氧化硅是为了使研磨更加充分，B错误；滤液细线过粗，色素过多，可能会导致滤纸条上色素带重叠，C正确；叶绿体色素提取液置于光源与三棱镜之间，由于叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此这两个区域变暗，但其他颜色的光也会被植物吸收，所以其他区域也会变暗，但程度不如红光和蓝紫光区域强，D错误。 9．(2023·昆明一模)研究者利用密闭的装置在适宜的光照、温度和pH等条件下，进行了如下实验(初始悬浮液中无CO2，草酸铁是一种氧化剂)。相关叙述错误的是(　　) 实验组别 ① ② ③ ④ 实验材料 小球藻悬浮液 叶绿体悬浮液 叶绿体悬浮液 叶绿体悬浮液 提供的物质 H2O、CO2 H2O、CO2 H2O H2O、 草酸铁是否产生O2 是 是 否 是 A. ③组不产生O2可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂 B．④组与②组对照，说明叶绿体产生O2不一定需要CO2 C．①组与②组对照，说明小球藻光合作用产生O2的场所是叶绿体 D．②组与③组对照，说明叶绿体产生的O2来源于CO2 答案：D 解析：比较③④组，③组不含有氧化剂——草酸铁，无O2的产生，可推测③组不产生O2可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂，A正确；④组与②组对照，区别为CO2和草酸铁，④组无CO2，说明叶绿体产生O2不一定需要CO2，B正确；①组与②组对照，①组的实验材料为小球藻悬浮液，②组的实验材料为叶绿体悬浮液，两组均进行光合作用，有O2的产生，说明小球藻光合作用产生O2的场所是叶绿体，C正确；②组与③组对照，③组无CO2，没有进行光合作用产生O2，说明叶绿体进行光合作用产生O2的条件是必须含有CO2，不能说明叶绿体产生的O2来源于CO2，D错误。 10．(2023·湖南怀化期末)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，有关分析正确的是(　　) A．黑暗的目的是与光照作对照 B．pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境 C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内 D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力 答案：D 解析：黑暗处理的目的是避免光照对ATP的合成产生干扰，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境，B错误；ADP与Pi在类囊体薄膜上形成ATP，ATP形成后进入叶绿体基质，C错误；分析实验结果可知，转移类囊体至pH＝8缓冲溶液中立即加入ADP和Pi有ATP产生，而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差，D正确。 11．科研人员以中华蚊母树为实验材料，探究不同提取方法对叶片色素的提取效果，结果如下表。下列相关叙述不正确的是(　　) 提取方法 叶绿素a/(mg·g－1) 叶绿素b/(mg·g－1) 总叶绿素/(mg·g－1) 方法1 (液氮法) 0.55 0.17 0.72 方法2 (研磨法) 0.49 0.16 0.65 方法3 (浸提法) 0.16 0.13 0.29 A. 方法1提取率高与细胞破碎充分、操作时间短有关 B．方法2提取率低是因为研磨和过滤时会损失一定量的色素 C．方法3中可通过适当增强光照、延长提取时间以充分提取色素 D．三种方法都可用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素 答案：C 解析：方法1(液氮法)提取率高，说明叶绿素释放彻底，损伤少，与细胞破碎充分，操作时间短有关，A正确；方法2(研磨法)提取率低，与研磨不彻底和用尼龙布过滤时会损失一定量的色素有关，B正确；方法3中延长提取时间可以充分提取色素，而光照强度不影响色素的提取，C错误；三种方法都可用无水乙醇和丙酮的混合溶液溶解色素，进而提取色素，D正确。 12．(2024·山东济南模拟)如图为某植物细胞内某生物膜上发生的生理过程，实线代表H＋的运输路径，虚线代表电子的传递路径。请据图分析，下列说法正确的是(　　) A．该生物膜为叶绿体的类囊体薄膜，B侧为叶绿体基质 B．膜A侧的pH高于B侧 C．复合物Ⅲ运输H＋和ATP合成酶运输H＋的方式分别为协助扩散和主动运输 D．若图中的O2用18O标记，一段时间后在CO2中能检测到18O 答案：D 解析：由图可知，该生物膜B侧可以发生H＋＋O2→H2O的反应，且同时有ATP的生成，故应为有氧呼吸的第三阶段，B侧为线粒体基质，A错误；由图可知，H＋从A侧运往B侧需要ATP合成酶的协助，且不需要消耗ATP，属于协助扩散，据此可以推测为顺浓度梯度运输，则膜A侧的H＋浓度高，其pH低于B侧，B错误；H＋的浓度A侧＞B侧，则复合物Ⅲ运输H＋从B侧到A侧属于逆浓度梯度运输，为主动运输，ATP合成酶运输H＋的方式为协助扩散，C错误；若图中的O2用18O标记，则会在H2O中检测到18O，该HO参与呼吸作用第二阶段，一段时间后在CO2中能检测到18O，D正确。 二、非选择题(共26分) 13．(13分)(2023·广东茂名电白区三模)研究发现光反应产生ATP与NADPH数量比是2.57∶2，而暗反应消耗的ATP与NADPH数量比是3∶2，NADPH积累是光合作用限制因素之一。因此，在细胞中导入NADPH消耗模块(异丙醇合成途径)，以期提高光合速率。 (1)图1中①②表示的物质分别是____________；NADPH在③的进一步反应中的作用是________________________________________________________________________ ________________________。 (2)以蓝细菌为研究模型，通过导入三种外源酶(A、B、C酶)基因，相关指标的检测结果见表和图2。 组别 导入基因 NADPH含量/pmol ATP含量/μmol CO2固定速率/(mg·g－1细胞干重·h－1) 一 无 193.5 39.28 86 二 A、B 190.83 35.23 85 三 A、B、C 112.83 62.53 119 注：NADPH与ATP含量在最适光照下测定。 ①表中组别二的结果说明__________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 为验证蓝细菌有效提高光合速率是由于额外的NADPH消耗直接导致的，研究人员在组别一的蓝细菌中只导入C基因，在培养基中添加________进行培养，实验结果应与组别________结果相同。 ②结合表和图2分析，在蓝细菌中创建异丙醇合成途径能够提高光合速率的原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)O2、C5　作为还原剂并供能　(2)①导入A、B基因对ATP与NADPH比例、CO2固定速率影响不大，因此对蓝细菌光合作用效率没有显著影响　丙酮　三　②创建异丙醇合成途径使细胞中ATP与NADPH的比例显著增加；能够有效地利用高强度光，促进光反应进行 解析：(1)分析题图，水的光解还应产生O2，故①为O2，②与CO2结合形成③，可判断②为C5，③为C3，NADPH在暗反应阶段的作用是作为还原剂，NADPH转化为NADP＋时会释放能量，故还有供能的作用。(2)①分析题表中的组别二，其NADPH含量、ATP含量和CO2固定速率均与组别一相差不大，说明导入A、B基因对ATP与NADPH比例、CO2固定速率影响不大，因此对蓝细菌光合作用效率没有显著影响。若在组别一的蓝细菌中只导入C基因，由图1可知，丙酮在C酶的催化下可以合成异丙醇，故在培养基中添加丙酮进行培养，加入丙酮后，相当于A酶与B酶发挥了相应的作用，故实验结果应与组别三结果相同。②在蓝细菌中创建异丙醇合成途径能够提高光合速率，组别三中ATP与NADPH的比例较高，其CO2固定速率也较高，故分析表格数据，可推测原因是创建异丙醇合成途径使细胞中ATP与NADPH的比例显著增加或能够有效地利用高强度光，促进光反应进行。 14．(13分)(2023·北京海淀高三期末)科研人员对绿色植物光暗转换中的适应机制开展下列研究。 (1)科研人员测定绿色植物由暗到亮过程中，CO2吸收速率的变化，结果如下图1。 ①结果显示，未开始光照时，CO2吸收速率低于0，这是由于植物细胞进行________释放CO2的结果。0.5 min后，CO2吸收速率才迅速升高，说明此时光合作用________反应过程的反应才被激活。 ②光照后，绿色植物光合作用中的能量变化为：光能→_________________________________ _______________________________________。 (2)科研人员进一步检测了上述时间段中光反应相对速率和热能散失比例(是指叶绿体中，以热能形式散失的能量占光反应捕获光能的比例)，结果如图2。 ①图2中两条曲线变化趋势的差异为：_________________________________________ ________________________________________________________________________； 0．5～2 min之间，与之前的变化相反。 ②结合图1及光合作用过程推测，0～0.5 min之间，光反应速率变化的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)请从物质与能量、结构与功能的角度分析，0～2 min之间，图2中热能散失比例变化的生物学意义：___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)①细胞呼吸(或有氧呼吸)　暗　②NADPH和ATP中的化学能→糖类等有机物中的化学能　(2)①0～0.5 min之间，光反应速率下降，热能散失比例上升　②暗反应未被激活，光反应产生的NADPH和ATP积累导致光反应被抑制　(3)0～0.5 min(暗反应未启动时)，吸收的光能未被利用，以热能形式散失，可保护光合色素、相关蛋白和叶绿体结构等免受(光)损伤；0.5～2 min(暗反应启动后)，以热能形式散失比例减少，吸收的光能可有效转化为化学能 解析：(1)①植物进行光合作用需要消耗二氧化碳，据图可知，未开始光照时，CO2吸收速率低于0，这是由于植物细胞进行细胞呼吸释放二氧化碳的结果；二氧化碳在暗反应过程中参与二氧化碳的固定过程，图示0.5 min后暗反应过程才被激活，二氧化碳吸收速率升高。②光照后，绿色植物光合作用中的能量变化为：光能→NADPH和ATP中的化学能(光反应过程)→糖类等有机物中的化学能(暗反应过程)。(2)①据图可知，图2中两条曲线变化趋势的差异为：0～0.5 min之间，光反应速率下降，热能散失比例上升；0.5～2 min之间，与之前的变化相反。②光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，据图1可知，正常情况下0.5 min后暗反应被激活，二氧化碳吸收增多，而图2中0～0.5 min之间，光反应速率降低，原因是暗反应未被激活，光反应产生的NADPH和ATP积累导致光反应被抑制。(3)0～0.5 min(暗反应未启动时)，吸收的光能未被利用，以热能形式散失，可保护光合色素、相关蛋白和叶绿体结构等免受(光)损伤；0.5～2 min(暗反应启动后)，以热能形式散失比例减少，吸收的光能可有效转化为化学能。 学科网（北京）股份有限公司 $$